基于交叉耦合管線性化技術(shù)的LC-VCO
發(fā)布時間：2021-08-08 17:24
針對電感電容壓控振蕩器（LC-VCO）中交叉耦合管非線性惡化相位噪聲的問題,提出了基于交叉耦合管線性化技術(shù)的低相位噪聲LC-VCO.該LC-VCO在經(jīng)典差分LC-VCO拓撲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了自啟動開關(guān)系統(tǒng),并引入了基于負反饋的交叉耦合管線性化技術(shù).自啟動開關(guān)系統(tǒng)能保證該LC-VCO啟動速度與經(jīng)典差分LC-VCO相同.基于負反饋的交叉耦合管線性化技術(shù)降低了Groszkowski效應(yīng)引起的區(qū)域相位噪聲,增大了振蕩器輸出幅度,降低了區(qū)域相位噪聲.工藝仿真結(jié)果表明:本文LC-VCO振蕩頻率為2 GHz,在10 kHz和1 MHz頻率偏移處的相位噪聲為-75.9 dBc/Hz和-121.5 dBc/Hz,比經(jīng)典差分LC-VCO分別降低了6.0 dB和1.6 dB.
【文章來源】：華中科技大學學報(自然科學版). 2020,48(10)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
經(jīng)典差分LC-VCO中不同寬長比下mG隨u的變化1—W/L=11μm/0.18μm；2—W/L=10μm/0.18μm；3—W/L=9μm/0.18μm．
LC-VCO相比，本文LC-VCO既能降低Groszkowski效應(yīng)引起的振蕩器31/f區(qū)域相位噪聲，又能增大振蕩器輸出幅度，降低振蕩器21/f區(qū)域相位噪聲．圖7兩種結(jié)構(gòu)的mG隨u的變化2.3仿真結(jié)果基于CadenceVirtuoso平臺，使用TSMC(臺灣積體電路制造股份有限公司)0.18μm工藝，對本文LC-VCO與經(jīng)典差分LC-VCO進行仿真對比．本文LC-VCO的結(jié)構(gòu)振蕩頻率為2GHz，電感值為3.92nH，電感的品質(zhì)因數(shù)為8.5，電壓源為1.8V，W/L10/0.18，sR的阻值為200Ω．圖8給出了兩種結(jié)構(gòu)的輸出電壓隨時間t變化的波形，從圖中可以看到本文提出的結(jié)構(gòu)輸出幅度更大．圖9給出兩種結(jié)構(gòu)在不同頻率偏移f處的相位噪聲L(f)仿真結(jié)果圖，從圖中可以看到：在10kHz和1MHz處經(jīng)典差分LC-VCO的相位噪聲分別為-69.92dBc/Hz和-119.86dBc/Hz；本文LC-VCO在10kHz圖8兩種結(jié)構(gòu)的輸出電壓
·24·華中科技大學學報（自然科學版）第48卷mnoxdTHRaRagμCW[(VVV(u)3u)(V(u)/1dTHRaRau)(VVV(u)u)](1V(u)/u)/L．(20)通過式(16)、(18)和(20)的計算結(jié)果可知：與經(jīng)典差分LC-VCO相比，本文LC-VCO中交叉耦合管的截止區(qū)從THdu＜VV變?yōu)門HRadu＜VV(u)V，截止區(qū)與飽和區(qū)分界點左移，這使mg隨u的變化更加緩慢．圖5為通過仿真得到的兩種結(jié)構(gòu)下mg隨u的變化關(guān)系，由圖可以發(fā)現(xiàn)仿真圖像與上述分析結(jié)果相符合．圖5兩種結(jié)構(gòu)的mg隨u的變化2.2性能分析根據(jù)式(16)～(20)計算結(jié)果對31/f區(qū)域和21/f區(qū)域相位噪聲進行分析．a(chǎn).31/f區(qū)域相位噪聲交叉耦合管非線性與gm的關(guān)系如式(3)所述，22om|/||/|iVVgu，m|g/u|的值越小代表非線性越�。畧D6是圖5的導數(shù)波形，圖中通過仿真給出了經(jīng)典差分LC-VCO與本文LC-VCO關(guān)于mg/u隨u的變化關(guān)系，可以看到由于本文LC-VCO使mg隨u的變化更緩慢，因此本文LC-VCO的mg/u更小，交叉耦合管非線性減小，從而降低Groszkowski效應(yīng)引起的31/f區(qū)域相位噪聲．圖6兩種結(jié)構(gòu)的mg/u隨u的變化b.21/f區(qū)域相位噪聲mG與mg的關(guān)系如式(10)所述，mG的值由圖5所示mg在[u，u]范圍內(nèi)的平均值得到．從圖5可以看到：本研究提出的結(jié)構(gòu)使得截止飽和區(qū)分界線左移，交叉耦合管保持在飽和區(qū)的范圍更大，在此范圍內(nèi)mG隨u變化緩慢．圖7為經(jīng)典差分LC-VCO與本文LC-VCO
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于恒定漏-源電壓的LC-Tank幅度控制方法[J]. 王德志,張科峰,石琴琴,鄒雪城. 華中科技大學學報(自然科學版). 2013(02)
本文編號：3330367
【文章來源】：華中科技大學學報(自然科學版). 2020,48(10)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
經(jīng)典差分LC-VCO中不同寬長比下mG隨u的變化1—W/L=11μm/0.18μm；2—W/L=10μm/0.18μm；3—W/L=9μm/0.18μm．
LC-VCO相比，本文LC-VCO既能降低Groszkowski效應(yīng)引起的振蕩器31/f區(qū)域相位噪聲，又能增大振蕩器輸出幅度，降低振蕩器21/f區(qū)域相位噪聲．圖7兩種結(jié)構(gòu)的mG隨u的變化2.3仿真結(jié)果基于CadenceVirtuoso平臺，使用TSMC(臺灣積體電路制造股份有限公司)0.18μm工藝，對本文LC-VCO與經(jīng)典差分LC-VCO進行仿真對比．本文LC-VCO的結(jié)構(gòu)振蕩頻率為2GHz，電感值為3.92nH，電感的品質(zhì)因數(shù)為8.5，電壓源為1.8V，W/L10/0.18，sR的阻值為200Ω．圖8給出了兩種結(jié)構(gòu)的輸出電壓隨時間t變化的波形，從圖中可以看到本文提出的結(jié)構(gòu)輸出幅度更大．圖9給出兩種結(jié)構(gòu)在不同頻率偏移f處的相位噪聲L(f)仿真結(jié)果圖，從圖中可以看到：在10kHz和1MHz處經(jīng)典差分LC-VCO的相位噪聲分別為-69.92dBc/Hz和-119.86dBc/Hz；本文LC-VCO在10kHz圖8兩種結(jié)構(gòu)的輸出電壓
·24·華中科技大學學報（自然科學版）第48卷mnoxdTHRaRagμCW[(VVV(u)3u)(V(u)/1dTHRaRau)(VVV(u)u)](1V(u)/u)/L．(20)通過式(16)、(18)和(20)的計算結(jié)果可知：與經(jīng)典差分LC-VCO相比，本文LC-VCO中交叉耦合管的截止區(qū)從THdu＜VV變?yōu)門HRadu＜VV(u)V，截止區(qū)與飽和區(qū)分界點左移，這使mg隨u的變化更加緩慢．圖5為通過仿真得到的兩種結(jié)構(gòu)下mg隨u的變化關(guān)系，由圖可以發(fā)現(xiàn)仿真圖像與上述分析結(jié)果相符合．圖5兩種結(jié)構(gòu)的mg隨u的變化2.2性能分析根據(jù)式(16)～(20)計算結(jié)果對31/f區(qū)域和21/f區(qū)域相位噪聲進行分析．a(chǎn).31/f區(qū)域相位噪聲交叉耦合管非線性與gm的關(guān)系如式(3)所述，22om|/||/|iVVgu，m|g/u|的值越小代表非線性越�。畧D6是圖5的導數(shù)波形，圖中通過仿真給出了經(jīng)典差分LC-VCO與本文LC-VCO關(guān)于mg/u隨u的變化關(guān)系，可以看到由于本文LC-VCO使mg隨u的變化更緩慢，因此本文LC-VCO的mg/u更小，交叉耦合管非線性減小，從而降低Groszkowski效應(yīng)引起的31/f區(qū)域相位噪聲．圖6兩種結(jié)構(gòu)的mg/u隨u的變化b.21/f區(qū)域相位噪聲mG與mg的關(guān)系如式(10)所述，mG的值由圖5所示mg在[u，u]范圍內(nèi)的平均值得到．從圖5可以看到：本研究提出的結(jié)構(gòu)使得截止飽和區(qū)分界線左移，交叉耦合管保持在飽和區(qū)的范圍更大，在此范圍內(nèi)mG隨u變化緩慢．圖7為經(jīng)典差分LC-VCO與本文LC-VCO
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于恒定漏-源電壓的LC-Tank幅度控制方法[J]. 王德志,張科峰,石琴琴,鄒雪城. 華中科技大學學報(自然科學版). 2013(02)
本文編號：3330367
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